8-羥基喹啉（8-Hydroxyquinoline，8-HQ）是一種含氮雜環(huán)芳香族化合物，分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在酚羥基與吡啶氮原子兩類活性位點(diǎn)，可通過配位螯合、氫鍵作用、共價(jià)接枝等方式與金屬離子、生物高分子結(jié)合，兼具抗菌、抗氧化、促細(xì)胞黏附增殖、金屬離子螯合等多重生物功能。在組織工程領(lǐng)域，8-羥基喹啉及其衍生物不僅可作為功能改性劑優(yōu)化細(xì)胞支架的生物學(xué)性能，還能通過調(diào)控細(xì)胞行為與組織微環(huán)境，加速受損組織的修復(fù)再生，是一類極具應(yīng)用潛力的小分子生物活性物質(zhì)。

一、8-羥基喹啉的核心生物功能與組織工程適配性

組織工程的核心目標(biāo)是構(gòu)建“細(xì)胞-支架-生長(zhǎng)因子”復(fù)合體系，實(shí)現(xiàn)受損組織的替代修復(fù)，8-羥基喹啉的生物功能與這一目標(biāo)高度契合，主要體現(xiàn)在以下四方面：

1. 廣譜抗菌活性

8-羥基喹啉可通過螯合細(xì)菌細(xì)胞膜上的鐵、鋅等金屬離子，破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)與能量代謝過程，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌等常見致病菌具有顯著抑制作用。在組織工程支架中引入它，可有效解決支架植入體內(nèi)后易引發(fā)的感染問題，降低炎癥反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)——這一特性對(duì)皮膚、骨、軟骨等體表或半體表組織的修復(fù)尤為重要。

2. 抗氧化與抗炎功能

8-羥基喹啉的酚羥基結(jié)構(gòu)可清除體內(nèi)的超氧陰離子、羥自由基等活性氧（ROS），減少氧化應(yīng)激對(duì)種子細(xì)胞的損傷；同時(shí)，它能抑制炎癥因子（如TNF-α、IL-6）的釋放，緩解植入部位的炎癥反應(yīng)，為細(xì)胞黏附、增殖營(yíng)造穩(wěn)定的微環(huán)境。對(duì)于缺血性組織修復(fù)（如心肌梗死、骨缺損），抗氧化與抗炎作用可有效降低細(xì)胞凋亡率，提升組織再生效率。

3. 促細(xì)胞黏附與增殖活性

8-羥基喹啉分子中的吡啶氮原子可與細(xì)胞外基質(zhì)中的整合素蛋白結(jié)合，介導(dǎo)種子細(xì)胞（如成骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞）在支架表面的黏附與鋪展；此外，它可通過調(diào)控細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)，促進(jìn)種子細(xì)胞的增殖與分化，加速支架內(nèi)新生組織的形成。

4. 金屬離子螯合與緩釋能力

8-羥基喹啉對(duì)Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等多種金屬離子具有強(qiáng)螯合能力，這些金屬離子多為組織修復(fù)的關(guān)鍵功能性離子——例如Zn²⁺可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，Fe³⁺參與血紅蛋白合成與血管再生，將它接枝到支架材料上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子的負(fù)載與可控緩釋，避免高濃度金屬離子的細(xì)胞毒性，同時(shí)持續(xù)發(fā)揮離子的生物學(xué)功能。

二、8-羥基喹啉在細(xì)胞支架材料構(gòu)建中的應(yīng)用方式

在組織工程支架的構(gòu)建中，8-羥基喹啉主要通過物理?yè)诫s、共價(jià)接枝、配位復(fù)合三種方式引入材料體系，不同方式適用于不同類型的支架基材，具體應(yīng)用策略如下：

1. 物理?yè)诫s：適用于水溶性或可溶脹高分子支架

物理?yè)诫s是將8-羥基喹啉直接混入高分子基材的溶液中，通過澆鑄、靜電紡絲、冷凍干燥等工藝制備復(fù)合支架，操作簡(jiǎn)便且不破壞基材的原有結(jié)構(gòu)。

靜電紡絲支架：將8-羥基喹啉與聚己內(nèi)酯（PCL）、聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）、明膠等高分子共溶于有機(jī)溶劑，經(jīng)靜電紡絲制備納米纖維支架。它均勻分散在纖維內(nèi)部，可通過纖維的降解實(shí)現(xiàn)緩慢釋放，適用于皮膚、血管等軟組織修復(fù)，例如，8-羥基喹啉摻雜的明膠/PCL復(fù)合納米纖維支架，不僅具有良好的抗菌性，還能顯著促進(jìn)成纖維細(xì)胞的黏附與增殖，加速皮膚創(chuàng)面愈合。

多孔水凝膠支架：將8-羥基喹啉混入海藻酸鈉、殼聚糖、透明質(zhì)酸等水凝膠前驅(qū)液中，經(jīng)交聯(lián)固化形成多孔支架。它的親水性結(jié)構(gòu)可提升水凝膠的溶脹性能與生物相容性，同時(shí)其抗菌作用可延長(zhǎng)水凝膠支架在體內(nèi)的服役時(shí)間，適用于軟骨、神經(jīng)組織的修復(fù)。

注意事項(xiàng)：物理?yè)诫s的8-羥基喹啉易出現(xiàn)初期突釋現(xiàn)象，需通過調(diào)控?fù)诫s量（通常為0.5%–5%）或與其他緩釋載體復(fù)合，降低突釋率，避免高濃度的對(duì)細(xì)胞的毒性。

2. 共價(jià)接枝：適用于表面活性基團(tuán)豐富的高分子支架

共價(jià)接枝是通過化學(xué)反應(yīng)將8-羥基喹啉分子共價(jià)鍵合到支架材料表面，可實(shí)現(xiàn)它的穩(wěn)定負(fù)載與長(zhǎng)效作用，避免物理?yè)诫s的突釋問題。

接枝反應(yīng)原理：利用8-羥基喹啉的酚羥基或通過化學(xué)改性引入的羧基、氨基，與支架表面的羥基、氨基、環(huán)氧基等活性基團(tuán)發(fā)生酯化、酰胺化或開環(huán)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)共價(jià)結(jié)合，例如，將PLGA支架表面羥基活化后，與它的酚羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，可在支架表面接枝一層穩(wěn)定的8-羥基喹啉分子層。

優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景：共價(jià)接枝可精準(zhǔn)調(diào)控8-羥基喹啉的表面接枝密度，顯著提升支架的表面生物活性，同時(shí)不影響支架的力學(xué)性能。這類支架適用于對(duì)力學(xué)強(qiáng)度要求較高的硬組織修復(fù)，如骨缺損修復(fù)——接枝8-羥基喹啉的羥基磷灰石/PLGA復(fù)合支架，可通過表面的8-羥基喹啉分子介導(dǎo)成骨細(xì)胞黏附，同時(shí)螯合并緩釋Zn²⁺，協(xié)同促進(jìn)骨組織再生。

3. 配位復(fù)合：適用于含金屬離子的無(wú)機(jī)/有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合支架

配位復(fù)合是利用8-羥基喹啉與金屬離子的螯合作用，構(gòu)建“8-HQ-金屬離子”配位復(fù)合物，再將其引入支架材料中，兼具金屬離子的功能性與它的生物活性。

典型應(yīng)用：在骨組織工程中，將8-羥基喹啉與Ca²⁺、Zn²⁺螯合后，摻雜到磷酸鈣骨水泥（CPC）或β-磷酸三鈣（β-TCP）支架中，其不僅能通過配位作用提升無(wú)機(jī)支架的力學(xué)強(qiáng)度與降解匹配性，還能實(shí)現(xiàn)Ca²⁺、Zn²⁺的可控緩釋，為成骨細(xì)胞分化提供持續(xù)的離子刺激；同時(shí)，它的抗菌作用可有效預(yù)防骨水泥植入后的感染并發(fā)癥。

拓展應(yīng)用：在抗菌敷料支架中，將8-羥基喹啉與Ag⁺螯合形成8-HQ-Ag配位復(fù)合物，摻雜到殼聚糖水凝膠中。該復(fù)合物的抗菌活性遠(yuǎn)高于單純的Ag⁺或8-HQ，且能降低Ag⁺的細(xì)胞毒性，適用于慢性感染創(chuàng)面的修復(fù)。

三、8-羥基喹啉改性支架在不同組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例

1. 骨組織工程

骨缺損修復(fù)的核心是提升支架的成骨活性與抗菌性，8-羥基喹啉改性支架可通過多重機(jī)制實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，例如，將它接枝到多孔β-TCP支架表面，接枝后的支架不僅能抑制金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)，還能顯著促進(jìn)大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化——體外實(shí)驗(yàn)顯示，該支架上的細(xì)胞堿性磷酸酶（ALP）活性與礦化結(jié)節(jié)數(shù)量均顯著高于未改性支架；體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)表明，8周后支架內(nèi)的新生骨組織量比對(duì)照組提升30%以上。

2. 皮膚組織工程

皮膚創(chuàng)面修復(fù)需要支架兼具抗菌、促細(xì)胞增殖與保濕性能，8-羥基喹啉摻雜的靜電紡絲納米纖維支架是理想選擇，例如，8-HQ/明膠/PCL復(fù)合納米纖維支架，其納米纖維結(jié)構(gòu)模擬了皮膚細(xì)胞外基質(zhì)的纖維形貌，可引導(dǎo)成纖維細(xì)胞沿纖維方向生長(zhǎng)；8-羥基喹啉的緩釋不僅能抑制創(chuàng)面感染，還能清除創(chuàng)面的ROS，加速上皮化進(jìn)程。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，該支架可使大鼠全層皮膚缺損的愈合時(shí)間縮短2–3天，且愈合后的皮膚彈性與膠原含量接近正常皮膚。

3. 軟骨組織工程

軟骨組織缺乏血供，修復(fù)難度大，8-羥基喹啉改性的水凝膠支架可通過抗氧化與促細(xì)胞黏附作用提升修復(fù)效率，例如，它摻雜的海藻酸鈉/透明質(zhì)酸復(fù)合水凝膠支架，具有良好的彈性與生物相容性，可負(fù)載軟骨細(xì)胞植入關(guān)節(jié)軟骨缺損處。8-羥基喹啉可清除軟骨細(xì)胞代謝產(chǎn)生的ROS，降低細(xì)胞凋亡率，同時(shí)促進(jìn)軟骨細(xì)胞分泌Ⅱ型膠原，形成功能性軟骨組織。

四、應(yīng)用挑戰(zhàn)與優(yōu)化方向

1. 細(xì)胞毒性調(diào)控

高濃度的8-羥基喹啉具有一定的細(xì)胞毒性，當(dāng)濃度超過100μmol/L時(shí)，會(huì)抑制種子細(xì)胞的增殖甚至導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。優(yōu)化方向包括：通過共價(jià)接枝或配位復(fù)合降低其釋放速率；將它與生物可降解高分子復(fù)合，實(shí)現(xiàn)劑量可控的緩釋；開發(fā)低毒的8-羥基喹啉衍生物（如5-氯-8-羥基喹啉、8-羥基喹啉-2-羧酸），在保留生物功能的同時(shí)降低毒性。

2. 力學(xué)性能匹配性

部分高分子支架（如明膠、海藻酸鈉水凝膠）引入8-羥基喹啉后，力學(xué)強(qiáng)度會(huì)有所下降，難以滿足骨、軟骨等硬組織的修復(fù)需求。優(yōu)化方向包括：構(gòu)建“8-HQ-金屬離子”配位交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，利用配位鍵提升支架的力學(xué)強(qiáng)度；采用有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合策略，將其改性的無(wú)機(jī)顆粒（如羥基磷灰石）與高分子基材復(fù)合，兼顧力學(xué)性能與生物活性。

3. 體內(nèi)降解與代謝機(jī)制研究

目前關(guān)于8-羥基喹啉改性支架在體內(nèi)的降解動(dòng)力學(xué)、代謝途徑與長(zhǎng)期生物安全性的研究仍較缺乏。未來需通過動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，明確支架的降解速率與組織修復(fù)速率的匹配性，追蹤其代謝產(chǎn)物的排出途徑，為臨床轉(zhuǎn)化提供數(shù)據(jù)支持。

8-羥基喹啉憑借抗菌、抗氧化、促細(xì)胞增殖及金屬離子螯合等多重生物功能，在組織工程支架的改性與構(gòu)建中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。通過物理?yè)诫s、共價(jià)接枝、配位復(fù)合等方式，可將它與不同類型的支架材料結(jié)合，賦予支架優(yōu)異的生物學(xué)性能，滿足骨、皮膚、軟骨等多種組織的修復(fù)需求。盡管目前仍面臨細(xì)胞毒性調(diào)控、力學(xué)性能優(yōu)化等挑戰(zhàn)，但隨著改性技術(shù)的發(fā)展與體內(nèi)機(jī)制研究的深入，8-羥基喹啉改性的組織工程支架有望在臨床修復(fù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://www.gdctc.cn/